생각하는 공대생

금속화 공정(Metallization) Metallization이란 반도체 공정에서 Contact (반도체에서 전기적인 신호를 받거나 내보내는 역할을 수행)과 Interconnection (서로다른 반도체 device간 연결선)을 제작하는 공정이다. 반도체에 사용되는 금속의 필요 조건은 다음과 같다. 1) 전기저항이 낮은 물질 금속선은 회로패턴을 따라 전류를 손실 없이 전달하는 역할을 하므로 무엇보다 전기저항이 낮은 물질(Au, Al, Cu)이어야 한다. 2) 반도체 기판(wafer)과의 부착성 기판에 박막형태로의 부착이 쉽고 부착 강도가 뛰어나 얇은 박막으로 증착할 수 있어야 한다. 3) 열적·화학적 안정성 금속 배선 공정 이후의 공정에서 금속선의 특성이 변하지 않는 것이 중요하다. 반도체 후속 공정에..

증착공정(Deposition) 증착(Deposition)이란 반도체 소자를 구동하기 위해 필요한 다양한 물질(금속이나 polymer)을 얇은 두께의 박막(film)으로 형성하는 과정을 의미한다. 물질을 증착하는 방법에는 MBE(Molecular Beam Epitaxy), LBL(Layer by Layer deposition), LB(Langmuir-Blodgett technique), ALD(Atomic Layer Deposition)등 세부적으로 많은 방법이 있으나 이번 포스팅에서는 큰 틀에서의 방법만 다루겠다. 바로 Physical Vapor Deposition(PVD)와 Chemical Vapor Deposition(CVD)이다. Physical Vapor Deposition는 화학반응을 수반하지 ..

식각 공정 (Etching) 식각공정(Etching Process)이란 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하는 과정이다. 이는 곧 반도체 회로패턴을 만든다는 의미도 된다. Etching을 나타내는 성능지수 (FOM : figures of merit)에는 크게 두가지가 있다. 첫번째는 식각 속도(Etch Rate)로 식각 된 두께(thickness)/식각 시간(time)으로 정의된다. 이는 일정시간동안 식각이 일어나는 정도를 표현한 것이다. 대체로 조절가능한 빠른 식각속도가 선호된다.(high etch rate with good controllability is desirable) 두번째는 선택비(selectivity)로 물질 X의 식각속도/ 물질 Y의 식각속도로 정의된다. 주로 물질 X는 식각..

포토공정(Photolithography)의 개요 포토공정(Photolithography)이란 웨이퍼에 반도체 회로를 그리는 작업으로, 패터닝(patterning)이라고 생각하면 된다. 이는 반도체 회로를 본격적으로 그리기 시작하는 과정으로, 준비된 웨이퍼(wafer)위에 빛에 반응하는 감광성 고분자물질인 PR(Photo Resist) 또는 LOR(Lift Off Resist)을 얇게 코팅한 후 원하는 패턴의 마스크(mask) 올려놓고 빛을 쪼여 원하는 패턴을 형성하는 과정이다. 이때 감광성이란 빛에 반응하여 분자구조가 바뀐다는 것을 의미한다. 고분자 물질인 PR에는 두가지 종류가 있는데, Positive PR과 Negative PR이다. Positive PR은 빛을 받으면 polymer간의 결합이 끊어지..

산화(Oxidation)의 종류 산화 공정이란 규소 즉, 실리콘(Si)에 열과 산화제(물, 산소)를 공급하여 이산화 규소인 SiO2를 제조하는 공정이다. 실리콘을 산화시키는 방법에는 크게 두가지가 있는데, 바로 습식 산화(Wet Oxidation)과 건식 산화(Dry Oxidation)이다. 습식 산화(Wet Oxidation)는 산화제로 물(H2O)을 (또는 물과 산소 혼합) 사용하며 다음 반응식으로 이루어진다. Si(s) + 2 H2O(g) → SiO2(s)+ 2 H2(g) 이 방법은 H2O가 O2 보다 높은 diffusivity와 solubility를 갖고 있기 때문에 산화막이 두껍고 빠른 성장이 가능하지만(fast growth) 그만큼 산화막의 밀도가 낮으며(less dense), 품질이 떨어진다..

실리콘 웨이퍼 (Si wafer) 웨이퍼(wafer)는 반도체 소자의 기본이 되는 재료이다. 웨이퍼는 실리콘(Si)이나 갈륨 비소(GaAs) 등으로 이루어진 단결정 잉곳(Ingot)을 얇게 자른 판을 의미한다. 실리콘 웨이퍼 이런 웨이퍼에 여러가지 반도체 공정을 이용을 통해 반도체 회로를 새기고, 일정한 크기로 잘라주면 반도체 칩이 된다. 초기에 반도체는 저마늄(Ge)로 만들어졌다. (게르마늄=저마늄) 그러나 현재 웨이퍼는 대부분 모래에서 추출한 규소, 즉 실리콘(Si)으로 만든다. 실리콘은 지각에 매우 풍부하게 존재하는 원소 중 하나이기 때문에 경제적인 측면에서 우수하고, 독성이 없어 인체에 무해하다는 장점을 가지고 있기 때문이다. 실리콘의 산화(oxidation) 반응을 통해 SiO2를 쉽게 생산할 ..

분자 오비탈 이론(Molecular Orbital Theory) : MOT 분자 오비탈(Molecular orbital) 이론은 원자 전자구름의 상호작용에서 시작된다. 원자가 결합 이론(VBT)과 달리 슈뢰딩거의 파동함수식에 보강간섭(constructive interference)과 상쇄간섭(destructive) 개념을 도입해 원자 오비탈이 결합하여 새로운 분자 오비탈을 형성한다는 이론이다. 즉, 원자가 결합 이론에서의 혼성 오비탈(hybrid orbital)은 원자 하나의 오비탈이 변형(혼성화)되어 다른 원자와 결합하는 반면, 분자 오비탈은 이보다 확장 되어 결합하는 원자 사이의 오비탈들을 새로 설정하여 분자 오비탈을 형성하고 여기에 각 원자의 전자를 재배치한다. 결합 오비탈 (Bonding orbi..

혼성 오비탈(Hybrid orbital) 오비탈(orbital) 이론이 정립되고, 원자들이 결합하여 분자를 형성하는 이유에 대한 가장 직관적인 설명은 전자 구름이 겹쳐서 공유 결합을 형성한다는 것이 었다. 그런데 이러한 원자 오비탈의 모형으로는 이미 알려져 있는 각종 분자의 결합 형태를 설명할 수가 없었다. 예를들어 메테인 (CH4) 분자에서 C가 H와 결합할 때 2s와 2p 오비탈이 결합에 참여하는데, 본래 C에 존재하는 3개의 2p 오비탈은 서로 직각이다. 따라서 이들이 C-H 결합을 형성하면 결합각이 90°가 되어야 하지만 실제 메테인의 결합각은 109.5°으로 정사면체 구조를 이룬다. 또한 C의 2p와 H의 1s 사이의 중첩에 의한 3개의 결합과 C의 2s와 H의 1s 사이의 중첩에 의한 1개의 ..

원자가 결합 이론(Valence Bond Theory : VBT) 분자의 전자 구조에 대한 양자 역학적 이론은 원자 궤도함수 (atomic orbital)에서 출발하여 크게 두가지가 있다. 첫번째는 원자가 결합 이론(Valence-bond theory : VB 이론)이다. 이는 공유 결합의 개념에서 출발한다. 공유 결합에 대한 파동함수를 표현하고 이것으로 다양한 분자 구조를 설명한다. σ 결합(sigma bond), π 결합(pi bond), 혼성(hybridization) 등의 용어는 바로 VB 이론에서 나온 것이다. 두번째는 분자 궤도함수 이론(Molecular Orbital theory : MO 이론)이다. 분자 궤도함수 이론은 원자 궤도함수 이론을 확장시켜 분자의 모든 원자에 퍼져있는 궤도함수를 ..

흡착(adsorption) 흡착(adsorption)이란 흡착질(adsorbate)이 흡착제(adsorbents)에 접촉하여 부착되는 결합 방식으로, 흡착은 고체의 계면(interface) 또는 표면(surface) 어느 곳에서 일어날 수 있다. 이때 흡착제가 다공성(porous) 구조일수록, 즉 미세한 공극이 많을수록 흡착량이 증가한다. Physisorption(물리적 흡착)과 Chemisorption(화학적 흡착) Physisorption이란 흡착(adsorption)중에서 원자 또는 분자간 반데르 발스 힘(Vander Waal’s Force) 을 이용하기 때문에 반데르발스 흡착이라고도 한다.여기에는 쌍극자간 상호작용(dipole-dipole interaction)이나 유도 상호작용(induced d..